上海隧道地基基础工程有限公司 200333
摘要：某城市运营地铁盾构区间受建设期管片错台、冷冻法加固工后沉降等多方面影响，在运营一年后，出现管片裂缝、道床脱空、突发沉降及冒泥砂等病害，严重影响地铁的运营安全。本文在阐述病害特征、分析原因的基础上，给出了从应急处理到修复施工具体应对措施，为类似病害整治提供了有效借鉴。
关键词：管片错台；突发沉降；冒泥砂
1前言
快速发展的地铁在给城市带来交通便利的同时也给结构维保工作带来了巨大的挑战。无论是建设期隧道还是运营期隧道，都会因质量缺陷、工后结构自身变化及外部施工影响等导致隧道产生病害。在病害发生后，如不能及时进行有效处理，将导致次生病害与原病害形成恶性循环，结构状况持续恶化，直接影响地铁运营安全。
2区间概况
2015年10月，在对某区间例行检查时发现上行线920-931环共计12环范围管片病害较严重，主要有管片错台、环纵缝渗漏水离、道床与管片接缝处严重冒泥砂（如图1所示）、道床与管片剥离病害（如图2所示）、管片边角崩裂（如图3所示）。其中931和930环管片错台达6.5cm，错台相邻环顶部11点方向纵向连接螺栓位置混凝土管片崩裂，监测数据表明错台处累计沉降量达20mm，沉降速率达-0.05mm/d；病害区段道床管片剥离宽度达4cm，道床出现贯通裂缝（如图4所示）。经专家会确认，该段区间隧道结构累计风险较大，已影响到列车的正常通行，亟需进行修复施工。
2.2病害原因分析
1、管片错台
因该区间盾构机进洞前贯通测量误差较大，为了满足盾构机进洞尺寸要求，盾构机在接近进洞位置时进行紧急纠偏。由于盾构机运动轨迹的波动幅度过大，盾尾管片拼装时相邻环纵向形成错台，管片防水失效形成环纵缝渗漏水。同时错台使管片螺栓对附近混凝土产生了剪切作用，混凝土出现崩角及裂缝。
2、管片融沉
该区间盾构接收井采取的是冻结法加固。盾构机掘进后，后期融沉注浆时间较短，导致管片出现较大融沉沉降，使得错台位置管片防水进一步失效，道床底部冒泥砂、脱空病害也进一步加剧。
由于缺少有效治理手段，底部管片渗漏与道床沉降形成恶性循环，随着时间发展，隧道结构状况逐渐恶化，风险逐渐累加。
3应急处理及修复施工
3.1应急处理
1、列车限速。由于病害区段结构累计风险较大，运营单位将该区段列车运行速度限制在20Km/h，以保证电客车运营安全。
2、加密观测。在病害没有得到有效治理的情况下，运营单位及施工单位采取加密观测的方式对病害区段进行跟踪反馈。观测方式主要包括长期运营监测、轨道线路几何尺寸测量、结构病害现场调查等。
3、更换扣件。由于病害区段累积沉降量较大，轨道下橡胶垫已垫至极限30mm，运营单位更换可调节余量更大的扣件进行临时应急处理。
3.2修复施工
结合工程实际情况，修复施工遵循“先急后缓，里外兼修[1]”的原则进行。整个修复施工主要分四个阶段进行（如图5所示）：阶段1，采取管片壁后和环纵缝化学注浆的方式进行渗漏治理，从而达到稳定隧道结构，防止隧道病害继续发展、扩大的目的（其中渗漏治理贯穿整个修复施工过程，只要发现渗漏水就进行处理）；阶段2，采取化学灌浆的方法对道床与管片离缝位置进行灌浆施工，达到加固道床，保证道床结构安全的目的；阶段3，分别采取环氧砂浆、亲水性刚性环氧浆液对管片崩角、掉块及管片裂缝进行修补，保证管片结构的耐久性；阶段4，对错台较大、崩角管片进行钢环加固，提高结构强度。
图5 修复流程图
3.2.1管片渗漏处理
根据现场实际情况，主要采取环纵缝堵漏及壁后注浆的方式进行管片渗漏水处理。
1、环纵缝堵
针对道床面以上环纵缝出现的渗漏水，现场主要采取环纵缝注浆堵漏的方法进行处理，注浆材料为油溶性聚氨酯。施工时遵照打孔、埋管（清孔）、封缝、注浆、封孔的流程。
2、壁后注浆
针对道床底部出现的渗漏水及冒泥砂，利用道床位置管片预留拼装手孔，进行壁后化学注浆堵漏。此工艺注浆材料为油溶性聚氨酯，通过在底部管片外形成一道新的防水层（如图6所示），从而达到止水、止砂的目的。主要施工步骤按照以下步骤施工：1）安装防喷球阀；2）钻穿管片；3）进行壁后注浆；4）停止注浆，关闭防喷球阀；5）封闭注浆孔。
壁后注浆完成3个工作日后，道床面渗水冒砂情况得到了有效治理（如图7、图8所示），且经过一段时间的监测观察后，道床沉降速率也降低到-0.02～-0.03mm/d。
3.2.2道床加固
道床与管片脱开间隙如不能及时进行填充加固，在列车运行振动作用下，道床与管片产生拍打效应，底部混凝土在水的侵蚀下碎裂速度加快，道床脱空与底部渗漏水形成恶性循环。因此，为确保道床结构整体牢固，需要通过灌注化学浆液对底部道床进行填充加固。由于病害区段道床底部存在积水，所以选用的灌浆材料为亲水性刚性环氧浆液，此类材料具有粘度低，亲水能力强，渗透性能优异，固结体力学性能优良，耐老化的特性[2]。
施工时需要注意事项如下：1）精确测量道床深度，避免打孔时钻穿管片导致应急事件发生（如涌水、涌砂等）；2）加固施工前需用高压水冲洗底部脱空间隙，以保证加固效果；3）填充注浆遵循“低压、慢速、少量、多次”的施工原则，保证浆液充分填充空隙。
3.2.3管片修补
为防止裂缝、露筋病害的进一步扩大，提高管片的耐久性，需要对管片崩角及裂缝进行修补。根据病害特征，结合国内外修复案例，采取分级治理，达到防水等级二级要求[3]（如表1所示）
表1 管片裂缝修复工艺
3.2.4钢环加固
在完成上述三个修复工艺，隧道结构趋于稳定后，对错台环采取钢环加固的方式进行永久性加固。同时考虑到病害区段为运营隧道，加固钢环采取牛腿顶住道床结构的不封闭钢环，具体施工流程如图10所示，修复效果如图11所示。
图10 钢环加固流程图
图11 成环的钢环
施工过程控制点如下：1）钢环加固施工前需对加固范围内管线及设施设备进行临时迁改，保证拼装及焊接作业空间；2）钢环焊接过程中需要对周边设施设备进行临时防护；3）施工组织方案中需制定管线及设施设备施工故障应急处理方案；4）与地铁运营单位做好沟通工作，及时报告施工需求及合理安排施工计划，确保地铁次日正常运营。
4结束语
近年来各城市地铁建设、运营高峰期接踵而至，隧道结构病害的数量和类型也随着地铁运营里程的增加而日渐增长，给地铁结构的维保工作带来极大的挑战。本文所述区间病害因其复杂性和特殊性，短时间内给地铁运营安全带来严重安全隐患，受到各方关注。病害发生后，通过采取应急处理的方式，将病害隐患控制在安全范围内。同时，合理安排“四阶段”施工整治，使管片冒泥砂、隧道沉降等病害得到有效控制，隧道结构耐久性、安全性得到有效提高。
综上所述，本文所述整治施工方法对此类结构病害整治施工有着重要的参考价值。本文所采用的整治思路和施工经验对今后地铁隧道复杂结构病害的研究和治理有建设性意义。
参考文献：
[1] 石太伟.某地铁盾构隧道破损机理分析及加固设计[J].铁道标准设计.2014（6）
[2] 杨建龙，郭满鸿.南京地铁整治措施探讨[J].现代交通技术.2009（8）：第6卷第4期
[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部．GB50208-2011地下防水工程质量验收规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2011．
论文作者:陈晓龙
论文发表刊物:《基层建设》2018年第21期
论文发表时间:2018/8/14
标签：管片论文; 病害论文; 结构论文; 隧道论文; 盾构论文; 所示论文; 渗漏水论文; 《基层建设》2018年第21期论文;